JP2007207672A - 薄膜ヒーター及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オーバーエッチングのない所望の形状の膜パターンが形成された薄膜ヒーターを製造する。
【解決手段】基板１上に薄膜２１からなる第１の被エッチング層と薄膜２２からなる発熱抵抗層と薄膜２３からなる第２密着層を積層する積層工程と、第１のレジストマスク３１を形成する第１のレジスト形成工程と、第１のレジストマスク３１を用いて第２密着層及び発熱抵抗層をエッチングして第１密着層の上面の一部を露出する第１のエッチング工程と、第１のレジストマスク３１を除去する工程と、第２密着層の上面及び側面と発熱抵抗層の側面とを被覆し且つ第１密着層の露出された上面における第２密着層及び発熱抵抗層の周囲の部分を被覆する第２のレジストマスク３２を形成する第２のレジスト形成工程と、第２のレジストマスク３２を用いて第１密着層をエッチングする第２のエッチング工程と、を含む薄膜ヒーター１０の製造方法である。
【選択図】図２

Description

本発明は、薄膜ヒーター及びその製造方法に関する。

近年では、マイクロリアクタと呼ばれる小型反応器が開発・実用化されている。マイクロリアクタは、複数種類の原料や試薬、燃料などの反応物を互いに混合させながら反応させる小型反応器であって、マイクロ領域での化学反応実験、薬品の開発、人工臓器の開発、ゲノム・ＤＮＡ解析ツール、マイクロ流体工学の基礎解析ツールなどに利用されている。マイクロリアクタを用いる化学反応には、ビーカ、フラスコなどを用いた通常の化学反応にはない特徴がある。例えば、反応器全体が小さいため、熱交換率が極めて高く温度制御が効率良く行えるという利点がある。そのため、精密な温度制御を必要とする反応や急激な加熱又は冷却を必要とする反応でも容易に行うことができる。

マイクロリアクタを温度制御するために、マイクロリアクタを形成する基板の一方の面に薄膜ヒーターを設けることがある（例えば、特許文献１参照）。薄膜ヒーターを形成する発熱抵抗層には、例えば、金などが用いられるが、金は基板との密着性が悪いため、タングステン等からなる第１密着層が基板上に設けられ、第１密着層の上に発熱抵抗層が設けられる。

また、マイクロリアクタの内部に薄膜ヒーターを設ける場合には、マイクロリアクタ内部の触媒が発熱抵抗層に接触しないように、薄膜ヒーターを絶縁膜で被覆する必要がある。この場合、発熱抵抗層と絶縁膜との密着性を改善するために、発熱抵抗層の絶縁膜側に第２密着層を形成する必要がある。

このように薄膜ヒーターは複数層からなる薄膜パターンを有するが、第１密着層、発熱抵抗層、第２密着層の三層からなる薄膜ヒーターは、例えば図８に示すように形成される。まず、基板４１上にスパッタ法や蒸着法等の気相堆積法により、第１密着層５１、発熱抵抗層５２、第２密着層５３となる金属薄膜（第１密着膜６１、発熱抵抗膜６２、第２密着膜６３）を形成する（図８（ａ））。

次に、感光性樹脂を第２密着膜６３上に形成し、露光・現像して、薄膜ヒーター５０を形成する部分以外の感光性樹脂が除去されたレジストマスク７０を作成する。次いで、レジストマスク７０に覆われた部分以外の金属薄膜を、第２密着膜６３、発熱抵抗膜６２の順にエッチングし（図８（ｂ））、その後、第１密着膜６１をエッチングし（図８（ｃ））、最後にレジストマスク７０を除去する（図８（ｄ））。

ここで、エッチングには、２つの方法がある。１つは、金属薄膜の材質に対応した適正なエッチング液に基板ごと浸すことにより、金属薄膜を溶解するウェットエッチング法である。ウェットエッチング法では、複数の基板をエッチング液に浸すことにより、まとめて処理（バッチ処理）することができ、生産性がよいという利点がある。

もう１つは、基板を入れた真空チャンバー内にエッチングガスを供給し、真空チャンバー内でエッチングガスをイオン化またはラジカル化し、イオン化またはラジカル化したエッチングガスで、レジストマスクが形成された基板をエッチングするドライエッチング法である。
特開２００３−２９０６５１号公報

ところで、ウェットエッチング法の場合、エッチング液を用いるために等方的にエッチングが進行する。このため、密着層用のエッチング液、発熱抵抗層用のエッチング液、密着層用のエッチング液の順にエッチング液を用いると、図８（ｃ）に示すように、第１密着膜６１をエッチングするときに、第２密着層５３がオーバーエッチングされてしまう。

一方、ドライエッチング法では、金属薄膜とともにレジストマスクもエッチングされるため、真空チャンバー内の物理的な状態によってはレジストマスクがなくなってしまい、所望のパターンが形成されない場合がある。

本発明の課題は、薄膜ヒーターに含まれる複数層からなる薄膜パターンがオーバーエッチングされることがなく、また、所望の形状である薄膜ヒーター及びその製造方法を提供することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、基板上に、第１密着層を積層し、前記第１密着層の上に発熱抵抗層を積層し、前記発熱抵抗層の上に第２密着層を積層する積層工程と、前記第２密着層の上に第１のレジストマスクを形成する第１のレジスト形成工程と、前記第１のレジストマスクを用いて前記第２密着層及び前記発熱抵抗層をエッチングすることにより前記第１密着層の上面の一部を露出する第１のエッチング工程と、前記第１のレジストマスクを除去する工程と、エッチングされた前記第２密着層の上面及び側面と前記発熱抵抗層の側面とを被覆し且つ前記第１密着層の露出された上面における前記発熱抵抗層の周囲の部分を被覆するとともに前記周囲の部分を除く部分を露出する第２のレジストマスクを形成する第２のレジスト形成工程と、前記第２のレジストマスクを用いて前記第１密着層の前記露出された部分をエッチングする第２のエッチング工程と、を含むことを特徴とする薄膜ヒーターの製造方法である。

請求項１に記載の発明によれば、第１のエッチング工程でエッチングされた第２密着層の上面及び側面と発熱抵抗層の側面とを第２のレジストマスクで被覆し、第２のレジストマスクを用いて第１密着層をエッチングするので、第２のエッチング工程において、薄膜ヒーターに含まれる膜パターンが有する第２密着層がオーバーエッチングされることがない。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の薄膜ヒーターの製造方法であって、前記第２密着層は、発熱抵抗層の上面の全体に積層されることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、第２密着層が発熱抵抗層の上面の全体に積層されるので、薄膜ヒーターに含まれる膜パターンを被覆する絶縁膜等を設ける場合に、絶縁膜等が発熱抵抗層上の第２密着層を介して形成されることにより、絶縁膜等を膜パターン上に確実に密着させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の薄膜ヒーターの製造方法であって、前記第１密着層は、Ｗ層を有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、第１密着層がＷを有するので、薄膜ヒーターに含まれる膜パターンの基板への密着性を良好にすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の薄膜ヒーターの製造方法であって、前記発熱抵抗層は、Ａｕ層を有することを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、発熱抵抗層が有するＡｕ層は抵抗率が低くかつ電気抵抗の温度係数が大きいため、温度センサーを兼ねる薄膜ヒーターを形成することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の薄膜ヒーターの製造方法であって、前記第２密着層は、第２のＷ層有することを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、発熱抵抗層上にＷ層を設けることで、膜パターンを被覆する絶縁膜等を設ける場合に、絶縁膜等が発熱抵抗層上のＷ層を介して形成されることにより、絶縁膜等を膜パターン上に確実に密着させることができる。

請求項６に記載の発明は、基板上に、第１密着層と、該第１密着層の上に発熱抵抗層と、該発熱抵抗層の上に第２密着層とを含む多層膜を積層する積層工程と、前記多層膜の上に前記多層膜の６倍以上の厚みのレジストマスクを形成するレジスト形成工程と、前記レジストマスクを用いて前記多層膜の全ての層をドライエッチングすることを特徴とする薄膜ヒーターの製造方法である。

請求項６に記載の発明によれば、多層膜の上に多層膜の６倍以上の厚みのレジストマスクを形成することにより、膜パターンをエッチングする間、レジストマスクがなくなることがなく、薄膜ヒーターに含まれる膜パターンが有する第２密着層がオーバーエッチングされることがない。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の薄膜ヒーターの製造方法であって、前記第１密着層はＷ層を有し、前記発熱抵抗層はＡｕ層を有し、前記第２密着層層は第２のＷ層を有することを特徴とする。

請求項７に記載の発明によれば第１密着層がＷ層を有するので、薄膜ヒーターに含まれる膜パターンの基板への密着性を良好にすることができる。また、発熱抵抗層がＡｕ層を有するので、発熱抵抗層が有するＡｕ層は抵抗率が低くかつ電気抵抗の温度係数が大きいため、温度センサーを兼ねる薄膜ヒーターを形成することができる。さらに、第２密着層が第２のＷ層を有するので、Ａｕ層上にＷ層を設けることで、膜パターンを被覆する絶縁膜等を設ける場合に、絶縁膜等がＡｕ層上のＷ層を介して形成されることにより、絶縁膜等を膜パターン上に確実に密着させることができ、ので、膜パターンの基板への密着性を良好にすることができる。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の薄膜ヒーターの製造方法であって、前記Ｗ層及び前記第２のＷ層の膜厚をそれぞれ５０ｎｍ以上として、前記Ａｕ層の膜厚は１００〜４００ｎｍとすることを特徴とする。

請求項８に記載の発明によれば、Ｗ層の膜厚を５０ｎｍ以上とすることにより、高温時にＡｕが基板側や膜パターンを被覆する絶縁膜側へ熱拡散することを防止することができる。また、Ａｕ層を１００〜４００ｎｍとすることにより、発熱抵抗層としてのＡｕの膜厚が薄くなり、薄膜ヒーターの抵抗が大きくなって、ひいては、単位電力当たりの発熱量を増加することができる。また、Ｗ層とＡｕ層と第２のＷ層とを含む多層膜の上に、この多層膜の６倍以上の厚みのレジストマスクを形成することにより、膜パターンをエッチングする間、レジストマスクがなくなることがなく、薄膜ヒーターに含まれる膜パターンが有する第２密着層がオーバーエッチングされることがない。

請求項９に記載の発明は、基板と、前記基板上に設けられたＷ層を有する第１密着層と、前記第１密着層の上に設けられたＡｕ層を有する発熱抵抗層と、前記発熱抵抗層の上に設けられた第２のＷ層を有する第２密着層と、を備え、前記第１密着層は、前記発熱抵抗層の縁の外側において、上面が露出していることを特徴とする。

請求項９に記載の発明によれば、第１密着層がＷを有するので、薄膜ヒーターに含まれる膜パターンの基板への密着性を良好にすることができ、発熱抵抗層が有するＡｕ層は抵抗率が低くかつ電気抵抗の温度係数が大きいため、温度センサーを兼ねる薄膜ヒーターを形成することができ、発熱抵抗層上にＷ層を設けることで、膜パターンを被覆する絶縁膜等を設ける場合に、絶縁膜等が発熱抵抗層上のＷ層を介して形成されることにより、絶縁膜等を膜パターン上に確実に密着させることができる。

本発明によれば、薄膜ヒーターに含まれる複数層からなる薄膜パターンがオーバーエッチングされることがなく、また、所望の形状である薄膜ヒーターが得られる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は本発明に係る薄膜ヒーターの第１実施形態を示す断面図である。本発明の薄膜ヒーター１０は、セラミック、ガラスまたはシリコン等からなる基板上に形成されている。
また、薄膜ヒーター１０はガラス等からなる絶縁膜２により被覆されている。絶縁膜２は、例えばＳｉＯ₂等からなる。
この薄膜ヒーター１０が設けられた基板１は、マイクロリアクタ等の反応器に用いられる。

基板の薄膜ヒーター１０が設けられる面が、反応器の内面として用いられる場合には、薄膜ヒーター１０を絶縁膜２で被覆することにより、反応器内の触媒が薄膜ヒーター１０に接触することを防ぐことができる。

薄膜ヒーター１０は、第１密着層１１、発熱抵抗層１２、第２密着層１３の三層からなる。なお、第１密着層１１は、発熱抵抗層１２、第２密着層１３よりも幅広に形成されており、発熱抵抗層１２及び第２密着層１３の側面は第１密着層１１の上部に配置されている。

第１密着層１１，第２密着層１３は発熱抵抗層１２と基板１または絶縁膜２との間の密着性を向上させる密着性に優れ、
また、高温でも緻密な結合状態を維持できるＷを用いることが好ましく、その膜厚は、５０ｎｍ以上であることが好ましい。第１密着層１１、第２密着層１３の膜厚が５０ｎｍ以上であることで、高温時に発熱抵抗層１２の組成元素が基板１や絶縁膜２側へ熱拡散することを防止することができる。

発熱抵抗層１２は、抵抗率が低くかつ電気抵抗の温度係数が大きい材料、例えばＡｕからなり、薄膜ヒーター１０の導電性を向上させる。
発熱抵抗層１２の膜厚は、１００〜４００ｎｍであることが好ましい。発熱抵抗層１２の膜厚が薄くなるほど薄膜ヒーター１０の抵抗は大きくなり、ひいては、単位電力当たりの発熱量が増加する。

薄膜ヒーター１０は通電することにより発熱し、この熱によって基板を加熱する。なお、薄膜ヒーター１０には電気抵抗の温度係数が大きい材料が用いられているため、温度の変化により顕著に抵抗率が変化するので、通電時の抵抗の変化から温度の変化を読み取る温度センサーとしても機能する。

次に、薄膜ヒーター１０の形成方法について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、基板の上面全体に、スパッタ法や蒸着法等の気相堆積法により、第１密着層１１、発熱抵抗層１２、第２密着層１３となる金属薄膜（第１密着膜２１、発熱抵抗膜２２、第２密着膜２３）の多層膜を形成する。

次に、感光性樹脂を第２密着膜２３上に形成し、露光・現像して、薄膜ヒーター１０を形成する部分以外の感光性樹脂が除去された第１のレジストマスク３１を作成する。次いで、感光性樹脂が除去された部分の金属薄膜を、第２密着膜２３、発熱抵抗膜膜の順にエッチングし、第２密着層１３、発熱抵抗層１２を形成する。（図２（ｂ））。ここで、エッチングには、金属薄膜の材質に対応した適正なエッチング液に基板ごと浸すことにより、金属薄膜を溶解するウェットエッチング法を用いることができる。
その後、第１のレジストマスク３１を剥離する。

次に、エッチングされた第２密着層１３の上面、側面及び発熱抵抗層１２の側面、エッチングにより露出した第１密着膜２１の上面を覆うように、感光性樹脂を形成し、露光・現像する。これにより、図２（ｃ）に示すように、第２密着層１３の上面、側面及び発熱抵抗層１２の側面を覆い、第１密着膜２１の上面を露出させる第２のレジストマスク３２を作成する。このとき、ウェットエッチング法による後段のエッチングで第１密着膜２１がエッチングされる部分において、第１密着膜２１の上面の一部が露出されるように、第２のレジストマスク３２をパターニングする。すなわち、平面視して発熱抵抗層１２及び第２密着層１３の上面を被覆するとともに、これらの発熱抵抗層１２及び第２密着層１３に沿って第２のレジストマスク３２を残存することによって、発熱抵抗層１２及び第２密着層１３の側面と、第１密着膜２１の上面のうち前記発熱抵抗層１２及び第２密着層１３の周囲とを被覆し、尚且つ、第１密着膜２１の上面の被覆された上述の周囲の部分以外を露出するように、第２のレジストマスク３２をパターニングする。

次に、図２（ｄ）に示すように、露出した第１密着膜２１をウェットエッチング法によりエッチングし、第１密着層１１を形成する。このとき、第１密着膜２１のエッチングには、第２密着膜２３のエッチングに用いられるのと同じ種類のエッチング液が用いられる。

次に、図２（ｅ）に示すように、第２のレジストマスク３２を除去する。その後、スパッタ法や蒸着法等の気相堆積法により、基板の上面全体に絶縁膜２を形成する。以上により、図１に示すように、第１密着層１１、発熱抵抗層１２、第２密着層１３からなり、絶縁膜２に覆われた薄膜ヒーター１０が基板上に形成される。

上記の薄膜ヒーター１０の形成方法では、第２密着層１３の上面及び側面が第２のレジストマスク３２により被覆されているので、第１密着膜２１をウェットエッチングするときに第２密着層１３がオーバーエッチングされることがない。したがって、バッチ処理が可能であるウェットエッチング法によるエッチングを行うことができるため、生産性を向上させることができる。
なお、第１密着膜２１は、必要に応じ、ドライエッチング法によりエッチングを行ってもよい。第１密着膜２１のドライエッチングは、例えばＣＦ₄またはＣ₄Ｆ₆等のフッ素系ガスを用いたドライエッチングにより行う。

また、上記の薄膜ヒーター１０の形成方法では、図１に示すように、第２密着層１３及び発熱抵抗層１２の側面を覆う第２のレジストマスク３２があるために、第１密着層１１が発熱抵抗層１２及び第２密着層１３よりも幅広に形成される。これにより、基板への発熱抵抗層１２及び第２密着層１３の接着信頼性を高くすることができる。

また、第１密着層１１の側面が発熱抵抗層１２及び第２密着層１３の側面よりも外側に形成されるので、薄膜ヒーター１０が基板上面から第１密着層１１の側面を経て第１密着層１１の上面までと、第１密着層１１の上面から発熱抵抗層１２及び第２密着層１３側面を経て第２密着層１３の上面までの２段に形成される。このため、絶縁膜２の段差被覆性（ステップカバレッジ）を良好にすることができる。また、第１密着層の幅が発熱抵抗層１２が同幅である膜パターンと比較すると、この第１密着層の幅が広いので、膜パターンの基板への密着性をより高くすることができる。

なお、さらに、発熱抵抗層１２の側面を第２密着層１３の側面よりも外側に形成し、薄膜ヒーター１０を基板上面から第１密着層１１の側面を経て上面までと、第１密着層１１の上面から発熱抵抗層１２の側面を経て上面までと、発熱抵抗層１２の上面から第２密着層１３の側面を経て上面までの３段に形成してもよい。これにより、絶縁膜２の段差被覆性をさらに良好にすることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図３は第２実施形態の薄膜ヒーター１０を示す断面図である。なお、第１実施形態に対応する要素には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の薄膜ヒーター１０の形状は、第１密着層１１が第２密着層１３及び発熱抵抗層１２と同幅に形成されている点以外は、第１実施形態と同様であるが、以下に説明する形成方法が異なる。

次に、第２実施形態の薄膜ヒーター１０の形成方法について説明する。本実施形態では、ドライエッチング法により、金属薄膜をエッチングする。
まず、第１実施形態と同様に、基板の上面全体に、スパッタ法や蒸着法等の気相堆積法により、第１密着層１１、発熱抵抗層１２、第２密着層１３となる金属薄膜（第１密着膜２１、発熱抵抗膜２２、第２密着膜２３）の多層膜を形成する（図４（ａ））。ここで、第１実施形態と同様に、第１密着層１１及び第２密着層１３はＷ、発熱抵抗層１２はＡｕをそれぞれ用いることが好ましく、Ｗからなる第１密着層１１及び第２密着層１３はそれぞれ５０ｎｍ以上、Ａｕからなる発熱抵抗層１２は１００〜４００ｎｍであることが好ましい。

次に、感光性樹脂を第２密着膜２３上に形成し、露光・現像して、薄膜ヒーター１０を形成する部分以外の感光性樹脂が除去されたレジストマスク３０を作成する。例えば、第１密着膜２１及び第２密着膜２３の厚みを５０ｎｍ、発熱抵抗膜２２の厚みを４００ｎｍとした場合には、エッチングする多層膜の厚さが５００ｎｍである。この場合に、レジストマスク３０の厚みを３μｍ以上とすると、後述するドライエッチング法によるエッチング工程が全て終了するまで、上記金属薄膜の多層上にレジストマスク３０が残存し、オーバーエッチングを回避できることが確認された。

次に、ドライエッチング法により、第２密着膜２３、発熱抵抗膜２２、第１密着膜２１をエッチングする。このとき、レジストマスク３０も同時にエッチングされ、徐々に膜厚が薄くなっていく（図４（ｃ）、（ｄ））。ここで、第１密着膜２１及び第２密着膜２３のドライエッチングは、例えばＣＦ₄またはＣ₄Ｆ₆等のフッ素系ガスを用いたドライエッチングにより行う。また、発熱抵抗膜２２ののエッチングは、例えばＣｌ₂またはＢＣｌ₂等の塩素系ガスを用いたドライエッチングにより行う。

次に、残ったレジストマスク３０を除去する（図４（ｅ））。その後、スパッタ法や蒸着法等の気相堆積法により、基板の上面全体に絶縁膜２を形成する。以上により、図３に示すように、第１密着層１１、発熱抵抗層１２、第２密着層１３からなり、絶縁膜２に覆われた薄膜ヒーター１０が基板上に形成される。
ここで、レジストマスク３０に必要な厚みについて記載する。まず、ドライエッチング法におけるレジストマスク３０に対するエッチング速度は、エッチングガスの種類に依存するが、一定である。つまり、レジストマスク３０が少なくとも必要な厚みは、本来のエッチング対象物である多層膜を構成する各材料の膜厚比が一定であれば、その多層膜の厚みに比例する。上記実施形態のように、Ａｕからなる発熱抵抗膜２２の膜厚を４００ｎｍとしたとき、すなわち、多層膜を構成する各層の膜厚比がＷ：Ａｕ：Ｗ＝１：８：１であるときは、多層膜の全体の厚さが５００ｎｍとなる。この場合に、レジストマスク３０は少なくとも３μｍの厚さが必要であったことから、上記膜厚比である多層膜において、レジストマスク３０を多層膜の全体の厚さの６倍以上の厚さに形成すれば、ドライエッチング法によるオーバーエッチングを回避することができることがわかる。尚、レジストマスク３０が上述した厚みであるときは、Ａｕからなる発熱抵抗層１２の厚さが４００ｎｍより小さい場合においても、ドライエッチング法による全てのエッチング工程において、オーバーエッチングを回避できることは言うまでもない。

＜第３実施形態＞
次に、本発明を適用した発電装置２００について説明する。
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る発電装置２００を示すブロック図である。この発電装置２００は、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、その他の電子機器に備え付けられたものであり、電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。

発電装置２００は、メタノール等の燃料と水を別々に又は混合した状態で貯留した燃料容器２０１と、燃料容器２０１から供給された燃料と水を気化させる気化器２０３と、燃料容器２０１から燃料と水を吸引するとともに吸引した燃料と水を気化器２０３に供給する燃料ポンプ２０２と、気化器２０３から供給された燃料と水の混合気を水素ガスと二酸化炭素ガス等を化学反応式（１）、（２）のように生成する改質器２０４と、改質器２０４から供給された混合気中の一酸化炭素を化学反応式（３）のように酸化させることで混合気から一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器２０５と、一酸化炭素除去器２０５から供給された生成物（改質ガス）のうち水素ガスと外気の酸素ガスとの電気化学反応式（４）、（５）のように電気エネルギーを生成する燃料電池装置２０６と、外気の空気を吸引するとともに吸引した空気を一酸化炭素除去器２０５及び燃料電池装置２０６に供給する空気ポンプ２０７と、を備える。

ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂＋ＣＯ₂ ・・・（１）
２ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→５Ｈ₂＋ＣＯ＋ＣＯ₂ ・・・（２）
２ＣＯ＋Ｏ₂→２ＣＯ₂ ・・・（３）
Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-・・・（４）
２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ・・・（５）

なお、燃料容器２０１に貯留された燃料は、メタノールの代わりに、エタノール等のアルコール類やガソリンといった水素原子を含む化合物が適用可能である。

図６は、気化器２０３、改質器２０４、一酸化炭素除去器２０５を一体に形成した反応装置１００を示す斜視図であり、図７は、図６に示された切断線VII−VIIの矢視断面図である。

気化器２０３、改質器２０４及び一酸化炭素除去器２０５は、第１基板２０３ａ，２０４ａ，２０５ａと、第２基板２０３ｂ、２０４ｂ、２０５ｂとを互いに重ね合わせて接合した構造を有している。第１基板２０３ａ，２０４ａ，２０５ａ及び第２基板２０３ｂ、２０４ｂ、２０５ｂは、それぞれセラミック、シリコンまたはガラス等の材料から板状に形成されている。

第１基板２０３ａ，２０４ａ，２０５ａの第２基板２０３ｂ、２０４ｂ、２０５ｂとの接合面には、葛折り状の溝が形成されている。また、第２基板２０３ｂ、２０４ｂ、２０５ｂの第１基板２０３ａ，２０４ａ，２０５ａとの接合面には、絶縁膜で被覆された薄膜ヒーター２０３ｃ，２０４ｃ，２０５ｃが形成されている。

薄膜ヒーター２０３ｃ，２０４ｃ，２０５ｃは、第１実施形態または第２実施形態の薄膜ヒーター１０と同様に形成されている。この薄膜ヒーター２０３ｃ，２０４ｃ，２０５ｃは通電時の抵抗の変化から温度の変化を読み取る温度センサーとしても機能する。
なお、薄膜ヒーター２０３ｃ，２０４ｃ，２０５ｃは絶縁膜で被覆されているので、反応装置１００内部の後述する改質触媒２０４ｅ、一酸化炭素除去触媒２０５ｅが薄膜ヒーター２０３ｃ，２０４ｃ，２０５ｃの発熱抵抗層に接触することを防ぐことができる。

第１基板２０３ａ，２０４ａ，２０５ａの溝を第２基板２０３ｂ、２０４ｂ、２０５ｂにより蓋をするように互いに接合することにより、この溝がマイクロ流路２０３ｄ，２０４ｄ，２０５ｄとなる。

改質器２０４のマイクロ流路２０４ｄの壁面には、化学反応式（１）、（２）の反応を触媒する改質触媒２０４ｅが形成されている。

一酸化炭素除去器２０５のマイクロ流路２０５ｄの壁面には、化学反応式（３）の反応を触媒する一酸化炭素除去触媒２０５ｅが形成されている。

基板２０３ｂの接合面とは反対側の面には、図６に示すように、マイクロ流路２０３ｄの一方の端にまで通じる開口部２０３ｆが形成されている。この開口部２０３ｆは、燃料ポンプ２０２に連結しており、燃料が開口部２０３ｆを通じてマイクロ流路２０３ｄに供給されるようになっている。

改質器２０４のマイクロ流路２０４ｄの一方の端部は、気化器２０３のマイクロ流路２０３ｄの他方の端部（開口部２０３ｆとは反対側の端部）に連結している。一酸化炭素除去器２０５のマイクロ流路２０５ｄの一方の端部は、改質器２０４のマイクロ流路２０４ｄの他方の端部に連結している。
基板２０５ｂの接合面とは反対側の面には、図６に示すように、マイクロ流路２０５ｄの一方の端部にまで通じる開口部２０５ｆが形成されている。この開口部２０５ｆは、空気ポンプ２０７に通じている。更に、基板２０５ｂの接合面とは反対側の面には、マイクロ流路２０５ｄの他方の端部にまで通じる開口部２０５ｇが形成されている。この開口部２０５ｇは、燃料電池装置２０６に通じている。

燃料電池装置２０６は、図示しないが、触媒微粒子を担持した燃料極と、触媒微粒子を担持した空気極と、燃料極と空気極との間に介在されたフィルム状の固体高分子電解質膜と、を備えている。燃料電池装置２０６の燃料極には、一酸化炭素除去器２０５から改質ガスが供給されており、燃料電池２０６の空気極には、空気ポンプ２０７から空気が供給されている。燃料極の触媒微粒子は、電気化学反応式（４）に示すように、混合気中の水素を水素イオンと電子とに分離する反応を触媒する。固体高分子電解質膜は水素イオンを酸素極に伝導させる。燃料極は電子を取り出し外部回路を通じて酸素極に伝導させる。酸素極の触媒微粒子は、電気化学反応式（５）に示すように、固体高分子電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を通って燃料極から酸素極に移動した電子と、空気中の酸素とが反応して水が生成される反応を触媒する。

次に、発電装置２００の動作について説明する。
まず、燃料ポンプ２０２が作動すると、燃料容器２０１の燃料が気化器２０３に液送される。また、空気ポンプ２０７が作動すると、外気の空気が一酸化炭素除去器２０５に送られるとともに燃料電池装置２０６に送られる。

気化器２０３では、供給された燃料が加熱されて気化（蒸発）し、メタノール及び水（水蒸気）の混合気となって改質器２０４のマイクロ流路５２ｄに供給される。

改質器２０４では、気化器２０３から供給された混合気が改質器２０４のマイクロ流路２０４ｄを流動している時に、混合気中のメタノールと水蒸気が改質触媒２０４ｅにより反応し、化学反応式（１）に示すように、二酸化炭素及び水素が生成される。また、改質器２０４では、混合気中のメタノールと水蒸気が完全に二酸化炭素及び水素に改質されない場合もあり、この場合、化学反応式（２）に示すように、メタノールと水蒸気が反応して二酸化炭素、一酸化炭素が生成される。改質器２０４で生成された一酸化炭素、二酸化炭素及び水素等からなる混合気は一酸化炭素除去器２０５に供給される。

一酸化炭素除去器２０５では、改質器２０４から供給された混合気がマイクロ流路２０５ｄを流動している時に、化学反応式（３）に示すように、混合気中の一酸化炭素と酸素とが反応して二酸化炭素が生成される。

このように、反応装置１００の気化器２０３、改質器２０４及び一酸化炭素除去器２０５を経た燃料から二酸化炭素と水素が生成される。反応装置１００で生成された改質ガス（二酸化炭素及び水素等）は、燃料電池装置２０６に供給される。

反応装置１００で生成された改質ガスは燃料電池装置２０６の陰極側に供給される。改質ガスのうちの水素ガスは電気化学反応式（４）に示すように、陰極に設けられた触媒により水素イオンと電子とに分離される。水素イオンは電解質膜を通過して陽極側へ移動し、電子は外部回路を経て陽極に移動する。陽極側では、電気化学反応式（５）に示すように、電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を経て陽極から供給される電子と、空気ポンプ２０７から供給される酸素ガスとの化学反応により水を生成する。この陰極と陽極との電極電位の差から電気エネルギーが取り出される。

反応装置１００の内部に薄膜ヒーター２０３ｃ，２０４ｃ，２０５ｃを設けることにより、マイクロ流路２０３ｄ，２０４ｄ，２０５ｄ内の温度測定を正確に行うことができ、また、マイクロ流路２０３ｄ，２０４ｄ，２０５ｄ内の温度を速やかに変化させることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。例えば、本発明の薄膜ヒーターは、３層の金属薄膜からなるものに限らず、４層以上の金属薄膜から形成してもよい。

また、薄膜ヒーターは燃料の改質反応に用いる反応装置１００に限らず、他の反応を行う反応装置に用いてもよい。その他、具体的な細部構造についても適宜変更可能である。

本発明の膜パターン１０を示す鉛直断面図である。 本発明の膜パターン１０の形成方法を示す鉛直断面図である。 本発明の膜パターン１０を示す鉛直断面図である。 本発明の膜パターン１０の形成方法を示す鉛直断面図である。 本発明の発電装置２００を示すブロック図である。 本発明の反応装置１００を示す斜視図である。 図６の切断線VII−VIIの矢視断面図である。 従来の膜パターンの形成方法を示す鉛直断面図である。

符号の説明

１ 基板
１０ 薄膜ヒーター（膜パターン）
１１ 第１密着層（薄膜パターン）
１２ 発熱抵抗膜（薄膜パターン）
１３ 第２密着層（薄膜パターン）
２１ 第１密着膜（第１の被エッチング層）
２２ 発熱抵抗膜（第２の被エッチング層）
２３ 第２密着膜（第２の被エッチング層）
３０ レジストマスク
３１ 第１のレジストマスク
３２ 第２のレジストマスク

Claims (9)

1. 基板上に、第１密着層を積層し、前記第１密着層の上に発熱抵抗層を積層し、前記発熱抵抗層の上に第２密着層を積層する積層工程と、
   前記第２密着層の上に第１のレジストマスクを形成する第１のレジスト形成工程と、
   前記第１のレジストマスクを用いて前記第２密着層及び前記発熱抵抗層をエッチングすることにより前記第１密着層の上面の一部を露出する第１のエッチング工程と、
   前記第１のレジストマスクを除去する工程と、
   エッチングされた前記第２密着層の上面及び側面と前記発熱抵抗層の側面とを被覆し且つ前記第１密着層の露出された上面における前記発熱抵抗層の周囲の部分を被覆するとともに前記周囲の部分を除く部分を露出する第２のレジストマスクを形成する第２のレジスト形成工程と、
   前記第２のレジストマスクを用いて前記第１密着層の前記露出された部分をエッチングする第２のエッチング工程と、
   を含むことを特徴とする薄膜ヒーターの製造方法。
2. 前記第２密着層は、発熱抵抗層の上面の全体に積層されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜ヒーターの製造方法。
3. 前記第１密着層は、Ｗ層を有することを特徴とする請求項１に記載の薄膜ヒーターの製造方法。
4. 前記発熱抵抗層は、Ａｕ層を有することを特徴とする請求項１に記載の薄膜ヒーターの製造方法。
5. 前記第２密着層は、第２のＷ層有することを特徴とする請求項１に記載の薄膜ヒーターの製造方法。
6. 基板上に、第１密着層と、該第１密着層の上に発熱抵抗層と、該発熱抵抗層の上に第２密着層とを含む多層膜を積層する積層工程と、
   前記多層膜の上に前記多層膜の６倍以上の厚みのレジストマスクを形成するレジスト形成工程と、
   前記レジストマスクを用いて前記多層膜の全ての層をドライエッチングすることを特徴とする薄膜ヒーターの製造方法。
7. 前記第１密着層はＷ層を有し、前記発熱抵抗層はＡｕ層を有し、前記第２密着層層は第２のＷ層を有することを特徴とする請求項６に記載の薄膜ヒーターの製造方法。
8. 前記Ｗ層及び前記第２のＷ層の膜厚をそれぞれ５０ｎｍ以上として、前記Ａｕ層の膜厚は１００〜４００ｎｍとすることを特徴とする請求項７に記載薄膜ヒーターの製造方法。
9. 基板と、
   前記基板上に設けられたＷ層を有する第１密着層と、
   前記第１密着層の上に設けられたＡｕ層を有する発熱抵抗層と、
   前記発熱抵抗層の上に設けられた第２のＷ層を有する第２密着層と、
   を備え、
   前記第１密着層は、前記発熱抵抗層
   の縁の外側において、上面が露出していることを特徴とする薄膜ヒーター。

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